GlobalFoundries předvedlo integraci pamětí na čip a TSV pro 20nm proces

0

V poslední době se pomyslně připravujeme příchod různých čipů s integrovanou pamětí, zejména Haswell Intelu a GPU Volta od Nvidie. Tato novinka bude potřebovat určité změny ve výrobních technologiích a technikách zapouzdřování čipů, někdy i dosti náročné. Že je na paměťové čipy v procesorech připravená, avizuje společnost GlobalFoundries. Předvedla, že na 20nm procesu zvládne vyrobit čipy s RAM osazenou na polovodičovém interposeru, ale také stohovanou přímo na vrchní straně CPU či GPU díky technologii průchodů skrz křemík („Through Silicon Via“, či TSV).

Průchody skrz křemík jsou vodiče jdoucí vertikálně skrz čip, což primárně umožňuje vyvedení kontaktů na jeho vrchní straně, a tedy propojení s dalším čipem, posazeným na prvním. Technologie se zřejmě bude používat zejména pro paměti – pokud budou samy mít TSV, bude možné nad sebe položit několik jejich vrstev (tzv. stohování či stacking). Na metodách stohování čipů a výroby TSV jinak GlobalFoundries dlouhodobě spolupracuje s firmou Amkor.

Díky nakupení velkého počtu paměťových čipů se dá realizovat velmi široká paměťová sběrnice, jelikož TSV nepotřebují zdaleka tolik prostoru, jako klasické kontakty vyvedené na pouzdro čipu. Navíc díky těsné blízkosti a krátkým vodičům nespotřebuje komunikace s pamětí tolik energie, takže by celek měl být relativně úsporný.

Pokud by vás zajímalo, jak se TSV vyrábí, uvádí GlobalFoundries, že TSV jsou měděné a do „děr“ v čipu se plní v kroku následujícím po vytvoření tranzistorů (vrstva FeoL, „Front End of Line“) a před nanesením kovových vrstev se spoji (BeoL, „Back End of Line“). Jejich tloušťka je několik mikrometrů, což je v měřítku čipu hodně, z našeho pohledu ale stále velmi málo.

Řez čipem s TSV

Vedle čipů stohovaných na sobě („3D“ stacking) má GlobalFoundries i jednoduší řešení, někdy nazývané jako „2,5D“. V tomto případě jsou paměti a čip osazeny vedle sebe, a jejich propojení obstarává tzv. interposer – což je vlastně velký čip, který slouží jako aktivní PCB (klasické by totiž nedokázalo zprostředkovat dostatek kontaktů). Kontakty pro připojení čipů má nahoře, kontakty pro napájení na desku zase dole (zde přijdou ke slovu TSV). Musí být sice značně veliký, není však komplexní a lze jej vyrábět starším procesem. GlobalFoundries k tomu údajně využívají 65nm linky. Prototyp čipu s interposerem vidíte na obrázku. Interposer je ta duhová destička, sedící na obvyklém organickém pouzdře.

Testovací procesor s interposerem a integrovanou pamětí

Obě varianty integrování pamětí (či jiných čipů) se sebou nesou určité náklady navíc. Cena zřejmě pro začátek omezí jejich dostupnost na dražší produkty (highendová GPU a procesory pro ultrabooky). Masovější rozšíření by nicméně mohlo tyto náklady časem dostat pod kontrolu. Pokud se tak stane, bude zřejmě v budoucnu integrace pamětí na PGU či CPU obvyklou věcí, což bohužel vznáší určité otazníky například nad možností jejich výměny či upgradu. Pokud však bude tato nepružnost cenou za vyšší výkon, dost možná se s ní smíříme.

 

V této souvislosti je zajímavá další zpráva. Od společnosti ProMOS, která produkuje pamětí DRAM, k vzhledem k nerentabilitě se ale zbavuje výrobních linek, totiž GlobalFoundries nakoupí větší množství výrobního vybavení. ProMOS chtěl původně prodat celou továrnu na 300mm wafery (nachází se v Tchaj-čungu na Tchaj-wanu), což se nicméně nepodařilo. Její rozprodej proto probíhá po částech a GlobalFoundries v jeho průběhu dost možná odkoupí ještě další komponenty. Dříve se dokonce mluvilo o tom, že by GlobalFoundries mohly spolknout ProMOS celý, nicméně z této varianty zřejmě sešlo.

Koupě vybavení dříve používaného pro výrobu pamětí může znamenat, že GlobalFoundries by časem mohlo chtít část pamětí integrovaných do čipů produkovat samo. Jejich návrh by si však zřejmě musela současně nějak licencovat (teoreticky i od ProMOSu). Vybavení ale samozřejmě nemusí být nutně použito jen k výrobě pamětí, možná se prostě hodí někde jinde a potenciální výroba pamětí by pak byla jen objektem naší spekulace.

Zdroje: SemiAccurate, GlobalFoundries, DigiTimes

GlobalFoundries předvedlo integraci pamětí na čip a TSV pro 20nm proces
Ohodnoťte tento článek!